LIBS检测用高分辨光纤光谱仪的研制.pdf

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1、2014年仪表技术与传感器2014第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4LIBS检测用高分辨光纤光谱仪的研制汪黎栋，茅振华，倪巍(浙江省计量科学研究院，浙江杭州310013)摘要：文中介绍一种自行研制的可应用于LIBS(1aserinducedbreakdownspectrum激光诱导击穿光谱)检测用的高分辨光纤光谱仪。系统电路部分采用cortex—M3芯片作为主处理器，通过USB2．0接口将光谱数据传送至上位机，编写了一套光谱仪测试软件．光路部分采用C—T(Czemy—Tur

2、ner)成像系统，16m狭缝、l800grv／mm平面衍射光栅及2048像元的线阵CCD，实现了335—455nm范围内高分辨光谱输出。经精确定标与测试，仪器的波长准确度优于0．05nm，闪耀波长处的波长分辨率可达0．1nm，可以用于一般的LIBS检测研究。关键词：光纤光谱仪；LIBS；高分辨中图分类号：TH744文献标识码：B文章编号：1002—1841(2014)04—0034—04DevelopmentofHigh-resolutionFiberSpectrometerforLIBSDetectionW

3、ANGLi—dong，MAOZhen-hua，NIWei(MetrologyInstituteofZhejiangProvince，Hangzhou310013，China)Abstract：Thispaperintroducedahomemadehigh—resolutionminiaturefiberopticspectrometerforLIBSdetection．Thecircuitpartofthesystemwasmainlycontrolledbyacortex—M3chip，transmits

4、datatothepersonalcomputer(PC)throughtheUniversalSe—rialBUS(USB2．0)，andasetofspectrometertestsoftwarewasfinished．TheopticalsystemWasbasedonCzemy—Turnerimagingsys—tem，using1800grv／mmplanediffractiongrating，16Ixmslitand2048pixelslineararrayCCDasdetector，high—r

5、esolutionspectraloutputintherangefrom335to455amwasrequired．Bypreciselycalibrationandtesting，theprecisionofthesystemis0．05nm，andtheresolutionofthewavelengthattheblazewavelengthcanupto0．1nmwhichCanfulfillthegeneralLIBSdetection．Keywords：fiberspectrometer；LIBS

6、；highresolution0引言在光学上仍然采用Czerny·Turner成像系统。为了提高仪器的激光诱导击穿光谱(1aser—inducedbreakdownspectroscopy，分辨率，光学系统的光程要比普通光纤光谱仪长。该系统采用LIBS)是近几年逐渐兴起的一种光谱检测技术，它是原子发射光谱110mm的焦距(准直镜与聚焦透镜)。采用交叉非对称Czerny-的一种。利用聚焦的激光脉冲作用于材料表面，形成局部高温，导Turner有利于消除系统杂散光，并且减小系统体积，有利于系致局部样品汽化，致使样品

7、原子或分子处于激发状态或电离，从而统微型化的实现。在样品表面形成等离子体羽辉。等离子体中激发态原子和离子等在弛豫过程中部分能量以光的形式辐射出来，这种辐射光带有明显的元素特征信息。然而这种特征谱线往往具有很窄的线宽，因此需要通过高分辨率的光谱仪收集、记录和分析辐射出来的光谱，从而实现对固体、液体和气体样品中的化学元素进行定性和定量．誉源分析的目的。目前，LIBS技术应用的领域除了传统的化学分析之外，还包括如环境检测、工业在线测量、生物技术、文物保护、核工业、深空探测海洋科学、表面分析等众多领域。图1CCD光谱

8、仪结构示意图文中主要介绍了一种自制的高分辨微型光纤光谱仪。对待测光由SMA905接口的特种光纤导入光纤光谱仪中。为其光学结构及硬件实现进行了介绍。同时，利用该光谱仪进行了达到0．1nm及以上的光学分辨率，需要减小狭缝的宽度。了铁合金的LIBS实验，通过实验结果分析该光谱仪的分辨率利用镀膜及腐蚀技术，系统采用了16m的光学狭缝。该系统可用于常规的LIBS实验，获得了较好的结果。中，由于狭缝的宽度小于光